Ubiquitous Computing (Ubiquitäre · PDF fileGeräte und Umgebungen ParcTab: erste Ubicomp Geräte und Umgebungen Reaktive Umgebungen Appliances Hardware für Appliances Wearables

Ubiquitous Computing(Ubiquitre Informationstechnologien)Vorlesung im WS 06/07

Christian DeckerUniversitt KarlsruheInstitut fr TelematikTelecooperation Officewww.teco.uni-karlsruhe.de

Ubiquitous Computing WS 06/07 Christian Decker, TecO 5-2

Literatur, Fragen

Fragen zu dieser VorlesungWelche Alltagsgegenstnde wrden sich als Teil eines Wearable eignen?

Pflichtliteratur (Vorbereitung nchste Vorlesung)Jaarp Haardsen, BLUETOOTHThe universal radio interface forad hoc, wireless connectivity Ericson Review

Ubiquitous Computing WS 06/07 Christian Decker, TecO 5-3

bersichtVorlesung Ubicomp

Gerte und UmgebungenParcTab: erste Ubicomp Gerte und UmgebungenReaktive UmgebungenAppliancesHardware fr AppliancesWearables

KommunikationKontextHCI

Wearables

Ubiquitous Computing WS 06/07 Christian Decker, TecO 5-5

Wearable Computing Einleitung

Computer, der/die am Krper getragen wird/werdenInsbesondere zur Untersttzung des mobilen Menschen

EinsatzbereicheNotizen, MitschneidenTouristenfhrerReparatur- und WartungsserviceMilitrGesundheitsbereich

besondere Schwierigkeitendarf whrend der Ttigkeit nicht strentragbarkeine Monitor / Keyboard Interaktionnicht immer Online

Andrew H. Fagg

Ubiquitous Computing WS 06/07 Christian Decker, TecO 5-6

Historie

1966 (C): E. Thorp, C. Shannon: Analoger Schuh Computer fr Roulette

1966 (F): D. Sutherland erfindet das Head-Mounted Display (HMD)

1968 (F): D. Engelbart demonstriert funktionierendes Chord

1977 (C): HP verkauft die HP 01TaschenrechnerUhr

(F) Foundations / Grundlagen

(C) Complete Systems

Quelle: hpmuseum.org

Chord: 5 Tasten Keyboard

Ubiquitous Computing WS 06/07 Christian Decker, TecO 5-7

Historie

1981: Steve Mann entwickelt als Schler tragbaren Rechner um Phototechnik zu steuern

1984: William Gibson schreibt Neuromancer

1990: G. Maguire und J. Ioannidis demonstrieren das Student Electronic Notebook (Private Eye und mobile IP)

1991: CMU entwickelt VuMan 1

1993: T. Starner schreibt Remembrance Agent

1993: Feiner, MacIntyre, Seligman entwickeln KARMA

1993: T. Starner trgt ab jetzt konstant seinen Wearablebasierend auf D. Platts HIP PC

1994: Lamming, Flynn entwickelnForget-me-not

VuMan, Quelle: CMU

KARMA

T. Starner

Ubiquitous Computing WS 06/07 Christian Decker, TecO 5-8

Wearable Computing Prinzipien

Abgrenzung zum PCalte MIT Definition:Always onAlways accessibleAlways with the user

auchkomfortabel, unauffllig, einfach zu handhaben

Derzeitige MIT DefinitionMobile ( Where you go, it goes. )

Persistent ( Always on and always working. )

Secondary or Tertiary task ( Hands free, Eyes free, Brain free. )

Proactive ( Agent and Interrupt )

Context AwareQuelle:wearcam.org

Ubiquitous Computing WS 06/07 Christian Decker, TecO 5-9

Wearables

Intro und HistorieErgonomieWearable-TypenAugmented RealityBeispielanwendungenMensch-Maschine Interaktion

WearablesErgonomie

Ubiquitous Computing WS 06/07 Christian Decker, TecO 5-11

Problembereich 2:Anbringung und ErgonomieGemperle (1998): Designing for Wearability

Mehr Infos unter http://www.ices.cmu.edu/design/wearabilityDesign-berlegungen

placement: Wo wird das Gert angebrachtform language: Gerteformhuman movement: Beweglichkeit fr Gertproxemics: Anbringung als Teil des Krperssizing: Grenkompatibel mit versch. Personenattachment: Befestigungspunkte

Ubiquitous Computing WS 06/07 Christian Decker, TecO 5-12

Anbringung und Ergonomie

EntwurfskriterienPlazierung am KrperKrperstellen mit groer Oberflche, wenig Bewegung, wenig Varianz bei versch. Menschen; GewichtsverteilungFormsprache und GreKonkav nach innen, konvex nach auen, organisch geformt, weich, fr verschiedene Gren/angepat an..Menschliche Bewegung um aktive Stellen herum entwerfen; Raum schaffen, in den sich der Krper hineinbewegen kannWahrnehmung des Krpers Aura um den Krper bercksichtigen, die als krpereigen empfunden wirdBefestigung am Krperum den Krper wickeln, mehrere Befestigungspunkte

Ubiquitous Computing WS 06/07 Christian Decker, TecO 5-13

Generalisten

Generalisten: Multimedia / Video / CyborgsCyborg Begriff aus Science Fiction (M. Clines, 1960)Ersatz und Erweiterung menschlicher Sinne um spezifische Fhigkeiten von Technologie (hier: des Rechners)Grundidee so alt wie die Sehhilfeinsbesondere berlagerung des Sehsinns

Technologie und AufbauPC hnliche Wearable Gerte: ZentralerRechner und dumme PeripherieVerteilte Wearables: Zusammenschlu von verschiedenen Gerten wie Uhr, Telefon, PDA, Sportmegerten

Anwendungen:Entertainment, Fitness / SportAutomation und Wartung

Quelle: MIT Media Lab

WearablesTypen

Ubiquitous Computing WS 06/07 Christian Decker, TecO 5-15

Typischer WearableaufbauQuelle CMU: http://www.wearablegroup.org

SPOT Wearable der CMU (Okt. 02)

Zentraler Rechner mit Peripherie

Microprocessor Strong ARM SA-1110, 59-206MHz, Software-justierbare Core Voltage, Coprozessor [email protected] MHz, 512 MB RAM, 64 MB Flash

Viele Schnittstellen: Firewire, USB, RS232, PCMCIA, Wavelan, 16 Kanal A/D Wandler (fr interne Spannungsberwachung), JTAG, Auto Power DownStereo Audio, hot-swappable DVI 640x48011.1 Wh Lithium Ionen, ca. 15x8x3 cm, 270g OHNE BatterieLeistungsaufnahme: 460mA bei 12V mit Microdrive und Wavelan, ohne Display

KonzeptMonolitischer Aufbau, Standard Software (Linux)Klein, damit gut anbringbarRelativ sparsam, damit kompakt baubar, wenig Wrmeableitungsprobleme

Ubiquitous Computing WS 06/07 Christian Decker, TecO 5-16

Beispiel: Mithril

Mithril von MITIntel ARM/XScale (SA 1110) basierte Zentrale (CERF Board)Zustzliche smarte Peripherie ber BusTeilweise verteilter AnsatzTeilselbstndige Peripherie z.B. SAK Board fr Sensor-berwachung 3D Accelerometer IR Active tag reader microphone/headphone

audio board USB microphone and

headphone driver. USB CCD camera

Verteilte Komponentenber den Krper ermglichen ergonomische AnbringungBody Bus fr Komm. der Komponenten (USB, IC) Quelle: http://www.media.mit.edu/wearables/mithril/

Ubiquitous Computing WS 06/07 Christian Decker, TecO 5-17

Verteilter Wearable

eSleeve

C. Randell, H. Muller, U.of Bristol

CyberJacket, BlazerJet, e-Gilet, eSleeve

zusammen mit HP Labs Bristol

PDA, GPS, GSM, Speech Recognitionweniger Energieverbrauch durchVerteilung der Funktionalitt aufspezialisierte Einheiten

Einfachere Integration und ergonomische Anpassung durchkleiner Einheiten

kein Hitzeableitungsproblem

besser Anwendungsanpassungdurch angepate Gerte

Quelle: http://wearables.cs.bris.ac.ukbisher noch chaotische Vernetzung

WearablesAugmented Reality

Ubiquitous Computing WS 06/07 Christian Decker, TecO 5-19

Erweiterte Realitt, Augmented Reality (AR)Augmented Reality (AR)

Erweiterte Realitt: berlagerung und Erweiterung der durch menschliche Sinne wahrgenommenen RealittIm Prinzip Sinn aller Wearables

Zwei MglichkeitenErweiterung der Gerte selbst -> UbicompErweiterung durch persnliches Gert -> Wearable

ZweckEinblendung von Information (berbrckt virtuelle und reale Welt)Erweiterte Wahrnehmung, z.B. Nachtsicht, biometrische Parameter

VorteilBenutzbarkeit: Arbeiten im Raum, direkte Einbeziehung der Realitt statt AbbildungTechnik: I/O berall ohne Infrastruktur

Ubiquitous Computing WS 06/07 Christian Decker, TecO 5-20

Erweiterte Realitt

Quelle: http://www.csl.sony.co.jp/person/rekimoto/uist95/uist95.html

Ubiquitous Computing WS 06/07 Christian Decker, TecO 5-21

Erweiterte Realitt: Displays

TechnologienAR Displays: Head-Mounted Displays, die die Verknpfung realer und virtueller Bilder untersttzen Video-basiert: HMD mit Kamera, reale Welt-Sicht indirekt

Technisch einfache Verknpfung von virtuellen und realem Bild verzgerte Wahrnehmung der realen Welt, schlechtere Auflsung

See-Through: durchsichtiges Display unverzgerte Wahrnehmung, weniger eingeschrnkte Sicht, Sicherheit! Verknpfung von virtuellem und realem Bild aufwendig

Bezug zur Umwelt Position, Orientierung, Identifikation

berlagerung von Information und realer Welt-Sicht Interakiv in Realzeit, Registrierung in 3D

Ubiquitous Computing WS 06/07 Christian Decker, TecO 5-22

AR Darstellung von InformationHead-Stabilized: Information relativ zum Kopf verankert, d.h. fixiert im Gesichtsfeld z.B. fr schnell zuweisbare User Interface-

ElementeBody-Stabilized: relativ zum Krper verankert virtuelle Displayflche um den Kopf/Krper

herum, navigierbar durch Kopf-/Krperbewegung

World-Stabilized: Information relativ zur realen Welt, d.h. an Positionen der Gegenstnde verankert z.B. Information zu Gebuden und zu Objekten z.B. Sony NaviCam

Quelle: http://www.csl.sony.co.jp/person/rekimoto/uist95/uist95.html

Erweiterte Realitt: Displays

Ubiquitous Computing WS 06/07 Christian Decker, TecO 5-23

Erweiterte Realitt NaviCam

Quelle: http://www.csl.sony.co.jp/person/rekimoto/uist95/uist95.html

Ubiquitous Computing WS 06/07 Christian Decker, TecO 5-24

AR Tracking

Shared Space / Magic BookHitlab, U. of Washington, Marc BillinghurstNotwendig: Tagging der Objekte

Bestimmung Positition, Identifikation via Kamera Mglichkeiten Tagging: Aktive Objekte: z.B. IR Sender, viel Infrastruktur Passive Objekte: Computer Vision

sehr rechenaufwendig, minimale (z.B. 3D Barcode) oder keine Infrastruktur

Inertial: Beschleunigung, Drehung, sehr u